一种带有声交互功能的数码键盘式乐器及其实现方法与流程

本发明主要涉及乐器的设计、演奏形式等，具体为一种带有声交互功能的数码键盘式乐器及其实现方法。

背景技术：

乐器指用于音乐的发声器。人们对音乐的需求是音域宽，音色好，演奏易。因此各色各样有自己特有的音色、音域和演奏方式的乐器相继出现。其中，键盘乐器由于每个按键都有固有的音高，且含多个整齐排列的琴键，相对一般乐器音域更宽广，音色配合度更高而备受人们喜爱，也是乐器初学者的首选。常见的键盘乐器有钢琴、手风琴、电子琴等。

为了满足人们对音乐丰富性的需求，出现了多个乐器一起组合演奏的形式，比如交响乐、协奏、乐队组合等。多个乐器组合演奏的时候，多个乐器之间的协调、配合、同步等十分关键，因此通常大型乐队或乐团需要有指挥、领奏、首席等角色，这些角色通常都具有很高的音乐素养和丰富的演出经验，从而保障多人演出的顺利进行。有一些小型乐队没有配备这些角色，但需要通过台下不断的配合演练才能达到比较好的默契程度和演出效果。而对于业余音乐爱好者及乐器初学者，音乐素养及基础相对薄弱，多人弹奏实现较好配合的难度很大。并且由于受人员、资源等限制，没有专门的指挥、领奏人员，也没有太多时间精力练习和培养配合的默契程度。因此需要一种可以辅助实现在多部乐器之间协调、交互的解决方案。

技术实现要素：

本发明针对上述多个乐器配合演奏的问题，提出一种带有声交互功能的键盘式乐器。该键盘式乐器配备交互模块，以声/超声信号为交互媒介，通过设定特殊的按键及其发出特定频率特性的声/超声波，进行多部该乐器以及其它现有传统乐器之间信息的交互，进而实现多部乐器演奏时的同步、协调、指挥等功能。本发明目的在于给出一种简易的辅助多部乐器合作演奏、相互协调的方案，尤其适合初学者和业余音乐爱好者，作为现有键盘乐器产品的补充和拓展，提出一种带有声交互功能的数码键盘式乐器。

一种带有声交互功能的数码键盘式乐器，以声/超声信号为交互媒介的方式实现乐器之间的协调和通信，由软定义键盘、声合成交互模块组成。所述乐器既能实现同类之间交互，也可与不加改造的传统乐器交互；声合成交互模块可独立出来，作为传统乐器的补充配件，用于传统乐器之间的交互。

上述软定义键盘相当于钢琴或者电子琴上的琴键，形式上与现有按键式乐器键盘兼容。软定义键盘含有现有键盘式乐器的部份数量的按键，比如：一个八度或者数个八度。根据曲谱的情况，按键可设置为演奏用键和交互功能键，其中演奏用键用于曲谱的弹奏, 交互功能键用于实现乐器之间交互,由声合成交互模块软定义，可实现不同类别乐器之间交互。

上述声合成交互模块，既用于控制每个按键所发出的声音，也用于与其它乐器的协调和通信。声合成交互模块，含有声合成单元、声接收单元、显示单元、宽频电子发声单元和交互处理单元。

其中，声合成单元按照软定义键盘的按键，包括演奏用键和交互功能键，合成特定音调、音域、音色的电信号，并经过宽频电子发声单元输出。电信号的频域范围为声波频段（即：人耳听力范围频段20Hz-20KHz）和超声频段（即：大于20KHz），其中声波频段用于演奏和交互功能，超声频段用于交互功能，具体根据使用场景需求而定。

声接收单元用于接收其它乐器发出的声/超声信号，并传给交互处理单元。

显示单元用于演奏状态的显示，可以是指示灯（组）、显示屏、振动模块的其中一种或多种。

宽频电子发声单元用于将声合成单元产生的电信号转为声/超声信号并向外发射，其音域（频率范围）不受传统乐器物理音域限制，可发出超低或超高的音调，含声波频段和超声频段。

交互处理单元用于分析和解调声/超声信号，产生交互信息，并输出显示单元显示。交互处理单元根据声接收单元接收到其它乐器的声/超声信号，既可解调出其它乐器发出的声/超声交互信号，也可与自身发出的声信号做各种比较，如：自相关等，根据曲谱自动分析演奏的状态，自动产生交互信息。

上述一种带有声交互功能的数码键盘式乐器既能实现同类之间交互，也可与不加改造的传统乐器交互。其中发明所述乐器同类之间的交互指令可采用声/超声频段，与不加改造的传统乐器的交互指令采用声波频段。

上述的声合成交互模块也可独立出来，作为传统乐器的补充配件，用于传统乐器之间的交互，此时交互指令采用声/超声频段。

上述一种带有声交互功能的数码键盘式乐器，演奏方便、使用灵活，组合多样：单个或者多个组合演奏，既能满足初学者的教学、娱乐、亲子活动需求；多个适当地组合，可突破传统按键式乐器的音域、音色的限制，模拟各种乐器组成大编制乐队，满足专业演奏的需求。

一种上述带有声交互功能的数码键盘乐器实现声交互的方法，具体实现步骤如下：

S1：演奏前：每个乐器的演奏者先设置每个琴键的音调、音域和音色，区分演奏用键和交互功能键，并选择每个乐器的演奏角色，包括：指挥、协奏、领奏。不同角色有不同的权限，在演奏时可选其中一种或几种角色。同时一起合奏的乐器之间进行交互配对。

S2：演奏时：每个演奏者根据自己所选的角色、乐谱开始演奏。

进一步地，步骤S2包括：

S21：选择指挥角色的演奏者可通过预设功能键，由声交互模块产生特定的交互信号向其它演奏者发出指挥，协调演奏速度。

S22：选择协奏角色的演奏者，其所弹乐器的声交互模块接收指挥角色的交互信息并解调，将结果显示出来，提示演奏者做出调整。

S23：选择领奏角色的演奏者按照曲谱弹奏，其所弹乐器的声交互模块根据曲谱和弹奏的情况，自动分析其弹奏状态，并将结果显示出来，提示演奏者做出调整。本角色用于演奏者与琴的交互。

与传统键盘式乐器相比，本发明有如下优点：

（1）所述发明乐器具有声交互功能，可实现指挥、协奏、领奏等多种功能，以及实现不同类别乐器之间的交互。可广泛用于学期教学、亲子互动、组合乐队等多人演奏场景。

（2）所述发明乐器的声交互信号可软件定义与设置，可根据不同演奏场景的需求进行设定，比如设为可听音频，便于排练时演奏者之间协调；可设为超声频段，对演奏乐曲不形成干扰。

（3）所述发明乐器既能实现同类之间交互，也可与不加改造的传统乐器交互。同时所述乐器的声合成交互模块可独立出来，作为传统乐器的补充配件，用于传统乐器之间的交互。

附图说明

图1是所述发明乐器的系统框图；

图2是所述发明乐器的软定义键盘的示例图；

图3是所述发明乐器的声合成交互模块的结构示意图；

图4 是所述发明乐器声交互功能具体实现流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

实施例

本发明提出一种带有声交互功能的数码键盘式乐器，以声/超声信号为交互媒介的方式实现乐器之间的协调和通信，其系统框图如图1所示，包括软定义键盘101、声合成交互模块102。

上述软定义键盘相当于钢琴或者电子琴上的琴键，形式上与现有按键式乐器键盘兼容。为了降低学习和弹奏的难度，软定义键盘按键数量少于现有键盘式乐器的按键数，按键的音调、音域、音色均由声合成交互模块软定义。同时根据曲谱的情况，按键可设置为演奏用键和交互功能键，其中演奏用键用于曲谱的弹奏, 交互功能键用于实现乐器之间交互,由声合成交互模块软定义，可实现不同类别乐器之间交互。

软定义键盘的其中一种实现形式如图2所示，键盘采用类钢琴琴键的结构形式，含有一个八度，即12个键（7个白键、5个黑键），可根据琴谱的情况，演奏者设置不用的键为交互功能键，例如：白键201-207设为弹奏键，黑键208-2012设为功能键。

当然，本发明并不限定软定义键盘的具体实现形式，也可以设定为电子琴、手风琴及其他形式的键盘。同样，软定义键盘的按键数量并不限定，本实施例只是给出了其中一种可选数量，可以根据演奏者的水平适当地增加按键的数量，例如：两个八度24键、三个八度36键。另外，软定义键盘的弹奏键和交互功能键的划分是根据琴谱的情况设置，一般可将琴谱不使用的键作为交互功能键，并由声合成交互模块102合成发出特别的声信号，例如：具有特别音色的调频信号、超声频段的信号，既利于与弹奏键区分，同时也利于功能键之间的区分。

所述声合成交互模块，既用于控制每个按键所发出的声音，也用于与其它乐器的协调和通信。如图3所示，声合成交互模块含有声合成单元301、声接收单元302、显示单元303、宽频电子发声单元304和交互处理单元305。其中声合成单元301按照软定义键盘的按键，合成所需音调、音域、音色的电信号，并经过宽频电子发声单元304输出。电信号的频域范围为声波频段（即：人耳听力范围频段20Hz-20KHz）和超声频段（即：大于20KHz）。其中声波频段用于演奏和交互功能，超声频段用于交互功能，具体根据使用场景需求而定，例如：在小班教学、亲子活动等小范围多人合奏场景可设置在声波频段，可采用特别音色的调频信号，提高辨识度，利于及时互动反馈；在大班教学、舞台表演奏等大范围，多乐器演奏场景可设置在超声频段，在不影响其他演奏者和听众的同时实现多人交流互动。

声接收单元302用于接收其它乐器发出的声/超声信号，并传给交互处理单元305。

显示单元303用于演奏状态的显示，可以是指示灯（组）、显示屏、振动模块的其中一种或者多种。

宽频电子发声单元304用于将声音合成单元301产生的电信号转为声/超声信号并向外发射，其音域（即：频率范围）不受传统乐器物理音域限制，可发出超低或超高的音调，含声/超声频段。

交互处理单元305用于分析和解调声/超声信号，产生交互信息，并输出显示单元303显示。交互处理单元305根据声接收单元302接收到其它乐器的声/超声信号，既可解调出其它乐器发出的声/超声交互信号，也可与自身发出的声信号做各种比较，如：自相关等，根据曲谱自动分析演奏的状态，提示演奏者节奏的偏快、偏慢等。

上述一种带有声交互功能的数码键盘式乐器既能实现同类之间交互，也可与不加改造的传统乐器交互。声交互的实施方式可采用如下方式：

1）发明所述乐器之间：通过声交互模块向外发送交互指令实现乐器之间协调通信；同时声交互模块自动分析提示演奏状态并提示演奏者。此时的交互指令可采用声/超声频段。

2）发明所述乐器与不改造传统乐器之间交互：两种乐器演奏者之间约定交互指令的形式，此时交互指令需采用声波频段。A、如发明所述乐器可作为指挥角色，可发送调制丰富的声信号协调演奏速度，传统乐器演奏者听到交互指令做出适当的调整。B、如传统乐器演奏者作为指挥角色，可弹奏之前约定的音色、音域的声信号作为交互指令信号，发明所述乐器的声合成交互模块将接收的声信号解析出交互指令，并显示提示演奏者。当然发明所述乐器演奏者的音乐素养足够高时也可以直接分辨出声波频段的交互指令。

上述的声合成交互模块也可独立出来，作为传统乐器的补充配件，用于传统乐器之间的交互。配备声合成交互模块作为补充配件的传统乐器，其具有发明所述乐器同等的交互功能，因此其之间，以及其与发明所述乐器之间的声交互实施方式可参考方式1）。

另外，上述一种带有声交互功能的数码键盘式乐器，演奏方便、使用灵活，组合多样：单个或者多个组合演奏，既能满足初学者的教学、娱乐、亲子活动需求；多个适当地组合，可突破传统按键式乐器的音域、音色的限制，模拟各种乐器组成大编制乐队，满足专业演奏的需求。

本发明所述的一种带有声交互功能的数码键盘乐器，其声交互功能的具体实现步骤如下（如图4所述）：

1、演奏前：每个乐器的演奏者先设置每个琴键的音调、音域和音色，区分演奏用键和交互功能键，并选择每个乐器的演奏角色，包括：指挥、协奏、领奏。不同角色有不同的权限，在演奏时可选其中一种或几种角色。同时一起合奏的乐器之间进行交互配对。

2、演奏时：每个演奏者根据自己所选的角色、乐谱开始演奏。

2.1选择指挥角色的演奏者可通过预设功能键，由声交互模块产生特定的交互信号向其它演奏者发出指挥，协调演奏速度。

2.2选择协奏角色的演奏者，其所弹乐器的声交互模块接收指挥角色的交互信息并解调，将结果显示出来，提示演奏者做出调整。

2.3选择领奏角色的演奏者按照曲谱弹奏，其所弹乐器的声交互模块根据曲谱和弹奏的情况，自动分析其弹奏状态，并将结果显示出来，提示演奏者做出调整。本角色用于演奏者与琴的交互。

在演奏时，演奏者可选上述其中一种角色，实现相应功能。另外，演奏者也可选择指挥、协奏的角色，既能对其他演奏者发出指挥信息，也可以接收其他演奏者的指挥信息，实现双向交互。其次，演奏者可选指挥、领奏角色，既能对其他演奏者发出指挥信息，也可根据曲谱做出自我纠正。同时，演奏者也可选择领奏、协奏角色，既能根据曲谱做出自我纠正，也可接收指挥信息。当然，演奏者也可选择三种角色，既能实现双向交互，也能做出自我纠正。